Теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28D7/10 

Изобретение относится к энергетике машиностроительной, химической, пищевой и другим отраслям промышленности и может использоваться как нагреватель или охладитель.

Известен теплообменник, в котором установлены теплообменные трубы и турбу- лизаторы, образующие движение теплоносителей по винтовой линии.

Недостатком его является сложность и дороговизна изготовления.

Известен теплообменник, в котором в кольцевых каналах расположена камера смешения, а внутренние трубы снабжены коническими насадками.

Его недостатком является сложность изготовления и невысокая интенсивность теплоотдачи.

Наиболее близким к предлагаемому является теплообменник, содержащий корпус с торцевыми крышками и каналами для рабочих сред, образованными концентрично установленными в корпусе теплообменными элементами в виде цилиндров и подключенными к распределительному и собирающему коллекторам, причем каналы выполнены с уменьшающейся шириной в направлении к периферии

Рабочие среды последовательно протекают по каналам, но большое количество местных гидравлических сопротивлений на пути теплоносителей увеличивает гидравли ческое сопротивление и снижает интенсивность теплообмена, что приводит к увеличению мета/лоемкости и уменьшению компактности аппарата.

Цель изобретения - интенсификация теплообмена.

Это достигается тем, что в теплообменнике, содержащем корпус с торцевыми крышками и каналами для рабочих сред образованными концентрично установленными в корпусе теплообменными элементами в виде цилиндров и подключенными к распределительному и собирающему коллекторам, причем каналы выполнены с

ю

«ш&

уменьшающейся шириной в направлении к периферии, в каждом канале установлена турбулизирующая вставка в виде спирали с шириной, равной ширине канала, шаг которой составляет 9-11 ширины канала, а угол между спиралью и контактирующим с ней цилиндром равен 40 - 50°, при этом в смежных каналах спирали имеют противоположное направление закрутки.

Это позволяет достигнуть наибольшей турбулизации потоков рабочих сред, а увеличение диаметров концентрически расположенных цилиндров по направлению в периферии аппарата увеличивает коэффициент теплопередачи за счет уменьшения термических сопротивлений теплоотдачи, связанных с увеличением диаметров цилиндров (так называемый эффект оребрения).

В аппарате передача тепла от горячей среды к холодной происходит в кольцевых каналах с двусторонним обогревом для холодной среды и двусторонним охлаждением для горячей среды, что значительно повышает интенсивность теплопередачи и производительность аппарата. Установка в кольцевых каналах спиралей разбивает поток на элементарные струйки, движущиеся винтообразно, что также приводит к дополнительной интенсификации теплопередачи.

На фиг. 1 изображен предлагаемый теплообменник со свободными коллекторами; на фиг. 2 - то же, с камерными коллекторами; на фиг. 3 - то же, вид сверху.

Теплообменник содержит корпус 1 с торцевыми крышками 3, концентрично установленные в нем теплообменные элементы 2, распределительные 4, 7 и сборные 5, 6 коллекторы холодной и горячей сред. Между теплообменными элементами 2 установлены турбулизирующие вставки 8.

Теплообменник работает следующим образом.

Горячая среда поступает в теплообменник через распределительный коллектор 4, протекает между теплообменными элементами 2, попадает в сборный коллектор 5 и отводится из теплообменника. Холодная среда поступает через распределительный коллектор 7, протекает между теплообменными элементами 2 и отводится в сборный коллектор 6, Наличие турбулизирующих вставок 8 в виде спиралей с шагом, равным 9-11 ширины данного кольцевого канала, и углом между образующей спирали и осью корпуса, равным 40-50°, позволяет организовать течение рабочих сред по безотрывной винтовой линии с высокой степенью турбулентности. А направление встречной закрутки спиралей в смежно расположенных каналах обеспечивает высокую интенсивность теплопередачи между горячей и холодной средами, разбитыми на элементарные струйки,

В табл. 1 приведены значения средних

коэффициентов теплопередачи в теплооб; меннике с поверхностью теплообмена 8 м2 по сравнению с кожухотрубным стандартным теплообменником, производительностью 2 т/ч воды, подогретой на At 50°С.

0 Из данных табл. 1 видно, что коэффициент теплопередачи в предлагаемом теплообменнике при одинаковых условиях намного выше, чем в стандартном Уменьшение ширины кольцевого канала произво5 дится в соответствии с уравнением неразрывности,

В табл. 2 приведены значения средних коэффициентов теплопередачи для предлагаемого теплообменника тех же парамеров

0 в зависимости от шага спирали.

Как видно из данных 2, коэффициент теплопередачи принимает наибольшее значение, когда шаг плоской спирали принимает значение 9-11 размеров ширины

5 кольцевого канала.

В табл. 3 приведены значения средних коэффициентов теплопередачи для предлагаемого теплообменника тех же параметров в зависимости от угла между образующей

0 спирали и контактирующим с ней цилиндром.

Как видно из данных табл. 3, оптимальный угол между образующей спирали и цилиндром составляет 40-50°С при других

5 углах не удается достигнуть высоких коэффициентов теплопередачи.

Улучшение теплообменных характеристик теплообменника достигается также тем, что турбулизирующие вставки в смежно

0 расположенных каналах имеют встречную закрутку,

Изобретение позволяет достичь значительное увеличение коэффициента теплопередачи, которое снижает металлоемкость и

5 увеличивает компактность аппарата, а простота конструкции улучшает технологичность изготовления.

Формула изобретения Теплообменник, содержащий корпус с

0 торцевыми крышками и каналами для рабочих сред, образованными концентрично установленными в корпусе теплообменными элементами в виде цилиндров и подключенными к распределительному исобирающе5 му коллекторам, причем каналы выполнены с уменьшающейся шириной в направлении к периферии, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, в каждом канале установлена турбулизирующая вставка в виде спирали с шириной, рав517409446

ной ширине канала, шаг которой составляет 40-50°, при этом в смежных каналах спира- 9-11 ширины канала, а угол между спи- ли имеют противоположное направление ралью и контактирующим с ним цилиндром закрутки.

5Таблица

Изобретение относится к теплообменникам и может быть использовано для нагрева или охлаждения различных жидкостей. Цель изобретения - интенсификация теплообмена. Теплообменник содержит корпус 1 с торцевыми крышками 3 и концен- трично установленные теплообменные элементы 2 в виде цилиндров, подключенные к распределительному 7 и собирающему 6 коллекторам Между теплообменными элементами 2 установлены турбулизирую- щие вставки 8 в виде спиралей. Смежные спирали имеют противоположные направления закрутки 3 ил., 3 табл

Таблица 2

Таблица 3

фигЛ

VHP. 3.